Το εύρος προκληθέντος δυναμικού τείνει να είναι χαμηλό, κυμαίνεται από λιγότερο από ένα μικροβολτ έως λίγα, σε σύγκριση με δεκάδες μικροβολτ για ηλεκτροεγκεφαλογραφία (EEG), millivolt για ηλεκτρομυογραφία (EMG) και συχνά κοντά στα 20 millivolt για ηλεκτροκαρδιογράφημα (ΗΚΓ). Ο μέσος όρος του σήματος απαιτείται συνήθως για την επίλυση αυτών των δυναμικών χαμηλού πλάτους ενόψει των συνεχιζόμενων ΗΕΓ, ΗΚΓ, ΗΜΓ και άλλων βιολογικών σημάτων και θορύβου περιβάλλοντος. Το σήμα είναι χρονισμένο με ερέθισμα και το μεγαλύτερο μέρος του θορύβου είναι τυχαίο, επιτρέποντας τον υπολογισμό του μέσου όρου του θορύβου σε επαναλαμβανόμενες αποκρίσεις.
Παρορμήσεις και σήματα
Μπορούν να καταγραφούν σήματα από τον εγκεφαλικό φλοιό, το εγκεφαλικό στέλεχος, το νωτιαίο μυελό και τα περιφερικά νεύρα. Συνήθως ο όρος «προκλητικό δυναμικό» προορίζεται για αποκρίσεις που περιλαμβάνουν καταγραφή ή διέγερση δομών στο κεντρικό νευρικό σύστημα.συστήματα. Έτσι, τα πολύπλοκα δυναμικά που προκαλούνται από κινητικά ή αισθητήρια νεύρα που χρησιμοποιούνται σε μελέτες νευρικής αγωγιμότητας δεν θεωρούνται συνήθως προκλητά δυναμικά, αν και ταιριάζουν στον παραπάνω ορισμό.
Αισθητηριακά προκλητά δυναμικά
Αυτά καταγράφονται από το κεντρικό νευρικό σύστημα μετά από αισθητηριακή διέγερση, όπως οπτικά προκλητά δυναμικά λόγω ενός φωτός που αναβοσβήνει ή ενός μεταβαλλόμενου σχεδίου σε μια οθόνη, ακουστικά δυναμικά που προκαλούνται από ένα κλικ ή τονικό ερέθισμα που παρουσιάζεται μέσω ακουστικών ή απτική ή σωματοαισθητηριακό δυναμικό που προκαλείται από απτική ή ηλεκτρική διέγερση ενός αισθητηρίου ή μικτού νεύρου στην περιφέρεια. Τα αισθητηριακά προκλητά δυναμικά έχουν χρησιμοποιηθεί ευρέως στην κλινική διαγνωστική ιατρική από τη δεκαετία του 1970, καθώς και στην διεγχειρητική νευροφυσιολογική παρακολούθηση, γνωστή ως χειρουργική νευροφυσιολογία. Χάρη σε αυτήν έγινε πραγματικότητα η μέθοδος των προκλημένων δυνατοτήτων.
Προβολές
Υπάρχουν δύο είδη προκλητικών δυνατοτήτων σε ευρεία κλινική χρήση:
- Ακουστικά προκλητά δυναμικά, που συνήθως καταγράφονται στο τριχωτό της κεφαλής, αλλά εμφανίζονται στο επίπεδο του εγκεφαλικού στελέχους.
- Οπτικά προκλητά δυναμικά και σωματοαισθητικά προκλητά δυναμικά που προκύπτουν από ηλεκτρική διέγερση ενός περιφερικού νεύρου.
Ανωμαλίες
Ο Long και ο Allen ανέφεραν ανώμαλοεγκεφαλικά δυναμικά (BAEP) που προκαλούνται από ακουστικά δυναμικά σε αλκοολική γυναίκα που αναρρώνει από επίκτητο σύνδρομο κεντρικού υποαερισμού. Αυτοί οι ερευνητές υπέθεσαν ότι το εγκεφαλικό στέλεχος της ασθενούς τους είχε δηλητηριαστεί αλλά δεν καταστράφηκε από τον χρόνιο αλκοολισμό της. Η μέθοδος των προκλημένων δυνατοτήτων του εγκεφάλου καθιστά εύκολη τη διάγνωση τέτοιων πραγμάτων.
Γενικός ορισμός
Ένα προκλητό δυναμικό είναι η ηλεκτρική απόκριση του εγκεφάλου σε ένα αισθητήριο ερέθισμα. Ο Regan κατασκεύασε έναν αναλογικό αναλυτή της σειράς Fourier για να καταγράφει τις προκληθείσες πιθανές αρμονικές σε φως που τρεμοπαίζει (ημιτονικά διαμορφωμένο). Αντί να ενσωματώνει προϊόντα ημιτονοειδούς και συνημιτονοειδούς, η Regan τροφοδοτούσε σήματα σε μια συσκευή εγγραφής διπλού επεξεργαστή μέσω φίλτρων χαμηλής διέλευσης. Αυτό του επέτρεψε να αποδείξει ότι ο εγκέφαλος είχε φτάσει σε μια σταθερή κατάσταση, στην οποία το πλάτος και η φάση των αρμονικών (συστατικών συχνότητας) της απόκρισης ήταν περίπου σταθερά με την πάροδο του χρόνου. Κατ' αναλογία με την απόκριση σταθερής κατάστασης ενός κυκλώματος συντονισμού που ακολουθεί την αρχική παροδική απόκριση, όρισε το εξιδανικευμένο προκλητό δυναμικό σταθερής κατάστασης ως μια μορφή απόκρισης σε επαναλαμβανόμενη αισθητηριακή διέγερση στην οποία οι συνιστώσες συχνότητας της απόκρισης παραμένουν σταθερές με την πάροδο του χρόνου σε πλάτος και φάση.
Αν και αυτός ο ορισμός υποδηλώνει μια σειρά από πανομοιότυπες κυματομορφές χρόνου, είναι πιο χρήσιμο να ορίσουμε τη μέθοδο προκλητού δυναμικού (SSEP) ως προς τις συνιστώσες συχνότητας, οι οποίες είναι μια εναλλακτική περιγραφή της κυματομορφής στον τομέα του χρόνου,δεδομένου ότι διαφορετικές συνιστώσες συχνότητας μπορεί να έχουν εντελώς διαφορετικές ιδιότητες. Για παράδειγμα, οι ιδιότητες του τρεμουλιάσματος SSEP υψηλής συχνότητας (το οποίο κορυφώνεται περίπου στα 40-50 Hz) αντιστοιχούν σε αυτές των μαγνοκυτταρικών νευρώνων που ανακαλύφθηκαν στη συνέχεια στον αμφιβληστροειδή του πιθήκου του μακάκου, ενώ οι ιδιότητες του τρεμοπαίζει μεσαίας συχνότητας SSEP (το οποίο κορυφώνεται σε περίπου 15–20 Hz) αντιστοιχούν σε αυτές των παρβοκυτταρικών νευρώνων. Εφόσον το SSEP μπορεί να περιγραφεί πλήρως ως προς το πλάτος και τη φάση κάθε στοιχείου συχνότητας, ποσοτικοποιείται πιο μοναδικά από το μέσο μεταβατικό προκλητό δυναμικό.
Νευροφυσιολογική άποψη
Μερικές φορές λέγεται ότι τα SSEPs λαμβάνονται μέσω ερεθισμάτων υψηλού ρυθμού επανάληψης, αλλά αυτό δεν είναι πάντα σωστό. Κατ' αρχήν, ένα ημιτονοειδώς διαμορφωμένο ερέθισμα μπορεί να προκαλέσει SSEP ακόμα κι αν το ποσοστό επανάληψης του είναι χαμηλό. Λόγω της υψηλής συχνότητας rolloff του SSEP, η βηματοδότηση υψηλής συχνότητας μπορεί να οδηγήσει σε μια σχεδόν ημιτονοειδή κυματομορφή SSEP, αλλά αυτός δεν είναι ο ορισμός του SSEP. Χρησιμοποιώντας το zoom-FFT για την εγγραφή SSEP με ένα θεωρητικό όριο φασματικής ανάλυσης ΔF (όπου ΔF σε Hz είναι το αντίστροφο της διάρκειας εγγραφής σε δευτερόλεπτα), ο Regan διαπίστωσε ότι η μεταβλητότητα πλάτους-φάσης του SSEP μπορεί να είναι αρκετά μικρή. Το εύρος ζώνης των στοιχείων συχνότητας SSEP μπορεί να είναι στο θεωρητικό όριο φασματικής ανάλυσης έως και τουλάχιστον 500 δευτερόλεπτα της διάρκειας εγγραφής (σε αυτή την περίπτωση 0,002 Hz). Όλα αυτά αποτελούν μέρος της μεθόδου του προκληθέντος δυναμικού.
Έννοια και εφαρμογή
Αυτή η μέθοδος επιτρέπει την ταυτόχρονη εγγραφή πολλαπλών (π.χ. τεσσάρων) SSEP από οποιαδήποτε δεδομένη θέση στο τριχωτό της κεφαλής. Διαφορετικές θέσεις διέγερσης ή διαφορετικά ερεθίσματα μπορούν να επισημανθούν με ελαφρώς διαφορετικές συχνότητες, οι οποίες είναι σχεδόν ίδιες με τις εγκεφαλικές συχνότητες (υπολογισμένες με τη μέθοδο του προκληθέντος δυναμικού εγκεφάλου), αλλά διαχωρίζονται εύκολα από αναλυτές της σειράς Fourier.
Για παράδειγμα, όταν δύο μη ιδιόκτητες πηγές φωτός διαμορφώνονται σε πολλές διαφορετικές συχνότητες (F1 και F2) και τοποθετούνται η μία στην άλλη, δημιουργούνται πολλαπλά στοιχεία μη γραμμικής διασταυρούμενης διαμόρφωσης συχνότητας (mF1 ± nF2) στο SSEP, όπου m και n είναι ακέραιοι. Αυτά τα στοιχεία σας επιτρέπουν να εξερευνήσετε τη μη γραμμική επεξεργασία στον εγκέφαλο. Σημειώνοντας τη συχνότητα των δύο υπερτιθέμενων πλεγμάτων, μπορούν να απομονωθούν και να μελετηθούν οι ιδιότητες προσαρμογής της χωρικής συχνότητας και του προσανατολισμού των μηχανισμών του εγκεφάλου που επεξεργάζονται τη χωρική μορφή.
Μπορούν επίσης να επισημανθούν ερεθίσματα διαφόρων αισθητηριακών μορφών. Για παράδειγμα, ένα οπτικό ερέθισμα τρεμόπαιξε στα Fv Hz και ένας ταυτόχρονα παρουσιαζόμενος ακουστικός τόνος διαμορφώθηκε σε πλάτος στα Fa Hz. Η ύπαρξη ενός συστατικού (2Fv + 2Fa) στην προκληθείσα μαγνητική απόκριση του εγκεφάλου έδειξε μια περιοχή οπτικοακουστικής σύγκλισης στον ανθρώπινο εγκέφαλο και η κατανομή της απόκρισης πάνω από το κεφάλι κατέστησε δυνατό τον εντοπισμό αυτής της περιοχής του εγκεφάλου. Πρόσφατα, η επισήμανση συχνότητας επεκτάθηκε από την έρευνα αισθητηριακής επεξεργασίας στην επιλεκτική έρευνα προσοχής και συνείδησης.
Sweep
Μέθοδος σάρωσηςείναι ένα υποείδος της μεθόδου του προκληθέντος δυναμικού vp. Για παράδειγμα, μια γραφική παράσταση του εύρους απόκρισης σε σχέση με το μέγεθος του μοτίβου σκακιέρας ερεθίσματος μπορεί να ληφθεί σε 10 δευτερόλεπτα, το οποίο είναι πολύ πιο γρήγορο από τον μέσο όρο στον τομέα του χρόνου για την καταγραφή του προκληθέντος δυναμικού για καθένα από τα διάφορα μεγέθη ελέγχου.
Σχηματικό
Στην αρχική επίδειξη αυτής της τεχνικής, τα προϊόντα ημιτόνου και συνημιτόνου τροφοδοτήθηκαν μέσω φίλτρων χαμηλής διέλευσης (όπως στην καταγραφή SSEP) ενώ παρακολουθούσαν ένα λεπτό κύκλωμα δοκιμής του οποίου τα ασπρόμαυρα τετράγωνα εναλλάσσονταν έξι φορές ανά δευτερόλεπτο. Το μέγεθος των τετραγώνων στη συνέχεια αυξήθηκε σταδιακά για να ληφθεί μια γραφική παράσταση του προκληθέντος πλάτους δυναμικού έναντι του μεγέθους ελέγχου (εξ ου και η λέξη "sweep"). Οι επόμενοι συγγραφείς εφάρμοσαν μια τεχνική σάρωσης χρησιμοποιώντας λογισμικό υπολογιστή για να αυξήσουν τη χωρική συχνότητα του πλέγματος σε μια σειρά μικρών βημάτων και να υπολογίσουν τον μέσο όρο του χρονικού τομέα για κάθε διακριτή χωρική συχνότητα.
Μια σάρωση μπορεί να είναι αρκετή ή μπορεί να είναι απαραίτητο να υπολογιστεί ο μέσος όρος των γραφημάτων σε πολλές σαρώσεις. Ο μέσος όρος 16 σαρώσεων μπορεί να βελτιώσει την αναλογία σήματος προς θόρυβο του γραφήματος κατά τέσσερις φορές. Η τεχνική σάρωσης έχει αποδειχθεί χρήσιμη για τη μέτρηση οπτικών διαδικασιών που προσαρμόζονται γρήγορα, καθώς και για την καταγραφή παιδιών, όπου η διάρκεια είναι απαραίτητα μικρή. Οι Norcia και Tyler χρησιμοποίησαν την τεχνική για να τεκμηριώσουν την ανάπτυξη της οπτικής οξύτητας καιευαισθησία αντίθεσης κατά τα πρώτα χρόνια της ζωής. Τόνισαν ότι στη διάγνωση της μη φυσιολογικής οπτικής ανάπτυξης, όσο πιο ακριβείς είναι οι αναπτυξιακές νόρμες, τόσο πιο ξεκάθαρα μπορεί κανείς να διακρίνει μεταξύ μη φυσιολογικής και φυσιολογικής, και για το σκοπό αυτό, η φυσιολογική οπτική ανάπτυξη έχει τεκμηριωθεί σε μια μεγάλη ομάδα παιδιών. Για πολλά χρόνια, η τεχνική της σάρωσης χρησιμοποιείται σε παιδοοφθαλμολογικές κλινικές (με τη μορφή ηλεκτροδιαγνωστικών) σε όλο τον κόσμο.
Οφέλη της μεθόδου
Έχουμε ήδη μιλήσει για την ουσία της μεθόδου του προκληθέντος δυναμικού, τώρα αξίζει να μιλήσουμε για τα πλεονεκτήματά της. Αυτή η τεχνική επιτρέπει στο SSEP να ελέγχει άμεσα το ερέθισμα που προκαλεί το SSEP χωρίς τη συνειδητή παρέμβαση του πειραματιζόμενου. Για παράδειγμα, ένας κινητός μέσος όρος SSEP μπορεί να ρυθμιστεί ώστε να αυξάνει τη φωτεινότητα του ερεθίσματος σκακιέρας εάν το πλάτος SSEP πέσει κάτω από κάποια προκαθορισμένη τιμή και να μειώσει τη φωτεινότητα εάν ανεβαίνει πάνω από αυτήν την τιμή. Το πλάτος του SSEP στη συνέχεια ταλαντώνεται γύρω από αυτό το σημείο ρύθμισης. Τώρα το μήκος κύματος (χρώμα) του ερεθίσματος αλλάζει σταδιακά. Η λαμβανόμενη γραφική παράσταση της εξάρτησης της φωτεινότητας του ερεθίσματος από το μήκος κύματος είναι ένα γράφημα της φασματικής ευαισθησίας του οπτικού συστήματος. Η ουσία της μεθόδου των προκλημένων δυναμικών (VP) είναι αδιαχώριστη από γραφήματα και διαγράμματα.
Ηλεκτροεγκεφαλογραφήματα
Το 1934, ο Adrian και ο Matthew παρατήρησαν ότι πιθανές αλλαγές στο ινιακό ΗΕΓ μπορούσαν να παρατηρηθούν με διέγερση φωτός. Ο Δρ. Cyganek ανέπτυξε την πρώτη ονοματολογία για τα συστατικά του ινιακού ΗΕΓ το 1961. Την ίδια χρονιά οι Hirsch καιοι συνάδελφοί του κατέγραψαν οπτικά προκλητό δυναμικό (VEP) στον ινιακό λοβό (έξω και μέσα). Το 1965, ο Spelmann χρησιμοποίησε διέγερση σκακιέρας για να περιγράψει το ανθρώπινο WEP. Ο Shikla και οι συνεργάτες του ολοκλήρωσαν μια προσπάθεια εντοπισμού δομών στην κύρια οπτική οδό. Ο Halliday και οι συνεργάτες του ολοκλήρωσαν τις πρώτες κλινικές μελέτες καταγράφοντας καθυστερημένα VEP σε έναν ασθενή με οπισθοβολβική νευρίτιδα το 1972. Από τη δεκαετία του 1970 μέχρι σήμερα, έχει γίνει μεγάλος όγκος εκτεταμένης έρευνας για τη βελτίωση των διαδικασιών και των θεωριών, και αυτή η μέθοδος έχει επίσης δοκιμαστεί σε ζώα.
Ελαττώματα
Το ερέθισμα διάσπαρτου φωτός χρησιμοποιείται σπάνια αυτές τις μέρες λόγω της υψηλής μεταβλητότητας τόσο εντός όσο και μεταξύ των θεμάτων. Ωστόσο, αυτός ο τύπος είναι πλεονεκτικός όταν δοκιμάζονται βρέφη, ζώα ή άτομα με κακή οπτική οξύτητα. Τα σχέδια σκακιέρας και δικτυωτού πλέγματος χρησιμοποιούν ανοιχτόχρωμα και σκούρα τετράγωνα και ρίγες, αντίστοιχα. Αυτά τα τετράγωνα και οι λωρίδες έχουν ίσο μέγεθος και παρουσιάζονται ένα προς ένα στην οθόνη του υπολογιστή (ως μέρος της μεθόδου του προκληθέντος δυναμικού).
Η τοποθέτηση ηλεκτροδίων είναι εξαιρετικά σημαντική για την επίτευξη καλής απόκρισης VEP χωρίς τεχνουργήματα. Σε μια τυπική διάταξη (μονό κανάλι), ένα ηλεκτρόδιο βρίσκεται 2,5 cm πάνω από το ιόν και το ηλεκτρόδιο αναφοράς βρίσκεται στο Fz. Για πιο λεπτομερή απάντηση, δύο επιπλέον ηλεκτρόδια μπορούν να τοποθετηθούν 2,5 cm δεξιά και αριστερά της ουγγιάς.
Ακουστική μέθοδος των προκλημένων δυνατοτήτων του εγκεφάλου
Μπορείχρησιμοποιείται για την παρακολούθηση του σήματος που παράγεται από τον ήχο μέσω της ανιούσας ακουστικής οδού. Το προκλητικό δυναμικό δημιουργείται στον κοχλία, διέρχεται από το κοχλιακό νεύρο, από τον κοχλιακό πυρήνα, το σύμπλεγμα της ανώτερης ελιάς, τον πλάγιο λεμνίσκο, στον κατώτερο κολπίσκο στον μεσεγκέφαλο, στο έσω γεννητικό σώμα και τέλος στον εγκεφαλικό φλοιό. Έτσι λειτουργεί η μέθοδος των προκλημένων δυναμικών του κεντρικού νευρικού συστήματος, που πραγματοποιείται με τη βοήθεια του ήχου.
Τα ακουστικά προκλητά δυναμικά (AEPs) είναι μια υποκατηγορία δυναμικών που σχετίζονται με συμβάντα (ERP). Τα ERP είναι εγκεφαλικές αποκρίσεις που συνδέονται χρονικά με ένα γεγονός όπως ένα αισθητήριο ερέθισμα, ένα νοητικό συμβάν (αναγνώριση ενός ερεθίσματος στόχου) ή παράλειψη ενός ερεθίσματος. Για την ΑΕΠ το «γεγονός» είναι ήχος. Τα AEP (και τα ERP) είναι πολύ μικρά δυναμικά ηλεκτρικής τάσης που προέρχονται από τον εγκέφαλο, τα οποία καταγράφονται από το τριχωτό της κεφαλής ως απόκριση σε ένα ακουστικό ερέθισμα όπως διάφοροι τόνοι, ήχοι ομιλίας κ.λπ.
Τα προκλητά δυναμικά ακουστικού εγκεφαλικού στελέχους είναι μικρά AEP που καταγράφονται ως απόκριση σε ένα ακουστικό ερέθισμα από ηλεκτρόδια που τοποθετούνται στο τριχωτό της κεφαλής.
Τα AEP χρησιμοποιούνται για την αξιολόγηση της ακουστικής λειτουργίας και της νευροπλαστικότητας. Μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη διάγνωση μαθησιακών δυσκολιών στα παιδιά, βοηθώντας στην ανάπτυξη εξειδικευμένων εκπαιδευτικών προγραμμάτων για άτομα με προβλήματα ακοής ή γνωστικής λειτουργίας. Στο πλαίσιο της κλινικής ψυχολογίας, η μέθοδος των προκλημένων δυνατοτήτων χρησιμοποιείται αρκετά συχνά.
